Пьезоэлектрическая кристаллическая пленка

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()850028

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 05,07.78 (21) 2632595/18-25 (23) Приоритет — (32)— (51)M. КЛ.З

Н 01 L 4) /08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (31) (33)—

Опубликовано 23.078)„Бюллетень ¹ 27 (53) УДК 537 228. . 1. (088. 8) Дата опубликования описания,23,0781 (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Тосио Огава, Тасуку Масио и Хироси Нис (Япония) Иностранная Фирма

"Мурата МануФакчуринг КО, ЛТД" (Япония) (71) Заявитель (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ПЛЕНКА

Изобретение относится к пьезоэлектрическим кристаллическим пленкам и может быть использовано в приборах на пьезоэлектрической пленке, содержащей окись цинка с шестиугольной кристаллической (решеткой) структурой.

Известна пьезоэлектрическая кристаллическая пленка, состоящая из кристаллической окиси цинка с Сосью,1).

Недостатком известного устройства является узкий частотный диапазон существования пьезоэлектрического эффекта. 15

Известна..также пьезоэлектрическая кристаллическая пленка, состоящая из подложки и кристаллической окиси цинка с С-осью, перпендикулярной поверхности подложки 2) .

Недостаток известного устройства состоит в обеспечении пьезоэлектрического эффекта в узком диапазоне частот и использовании малых электромощностей.

Цель изобретения — обеспечение пьезоэлектрического эффекта в широком диапазоне от низких до высоких частот с использованием высоких электромощностей. 30

Поставленная цель достигается тем, что пьезоэлектрическая кристаллическая пленка дополнительно содержит 0,01-20,0 ат.% марганца, а ркись

Zn — остальное, также тем, что пьезоэлектрическая кристаллическая пленка дополнительно содержит 0,01-20,0 ат.т меди.

Пьезоэлектрическая кристаллическая пленка может быть выполнена в соответствии с .любым из обычных способов, таких как напыление радиочастотным способом,.способами сораспыления, а также способами внедрения ионов

На фиг. 1 изображена схема устройства, используемого для создания пьезоэлектрических кристаллических пленок способом радиочастотного исполнения; на фиг. 2 и 4 — снимки, выполненные на электронном микроскопе, обычных кристаллических пьезоэлектрических пленок на основе окиси цинка; на фиг. 3 и 5 — снимки, выполненные на электронном микроскопе, пьезоэлектрических кристаллических пленок, Устройство содержит кожух 1 в форме колокола, в котором установлены два электрода, т.е. расположен850028

Примесь, ат.Ъ

Мишень

Обра— зец

dS/dtx

>< 1 00%

Сопротивление, Ом см

Ориентация х 6

Сопротив-. ление, Ом см

Мп Си

3,5х10

Ъ

2,8х10

-to

7,6х10

1,3х10

t2

2,3х10

1,7х10

t >

8,5х10

f»

3,3х10

5,8 5,5

2,7 2,5

1,3 1,7

2,2 3,3

3,2 3,4

1,1 2,1

0 5 1,7

0,7 2,5

8,6х10

3 1х10

6,3х10

? 0,01

3 2,0

4 10,0

5,9х10

8 9х10

I

3, 7х1(с

2,0

0,5

5 0,1

/ 1,0

4,3х10

-11

1,2х10

1,0

1,0

8 5,0

>п.>t:: .t f>,. лдельно плоский катод 2 и зло кии: под 3.

Па катоде 2 закреплена мишень 4, остоящан главным образом иэ кералики нп основе окиси цинка, включающзя магниц и медт, Подложку 6 из ст кл» или" Металла::нагревают до температуры оч 200 до 5000С во время распылсния. В колоколообразном кожух> предусмотрены отвод 7 и ввод 8

1i<3«t

Радиочастотное напыление выполнял>т слсдующим образом.

Пос.лс герметизации иэ колоколообразного кожуха 1 через отвод 7 удаляют газ до давления, не превышающего 1х,0 " тор, а затем подают аргон или кислород или смесь аргона и кислорода через анод 8, устанавливая,."авление на уровне от 1х10 до

1х10 - rop. На катод 2 подают напря. жение со скоростью изменения, соответствук>щей радиочастоте от электросилового источника 9, Мощность, создаваемая на мишени 4, соответствует

2-8 Бт/см .. 2.

Мишень, соcòoÿùóþ главным образом из .<ерамнки на основе окиси цинка с содержанис.м магния или из керамики с содержанием магния и меди, получают с-ледующим образом.

Используя порошо < Z nO, МпСО (или

Мп0,) и Сс> как исходные материалы, т . приготовляю r с.меси, каждая и э к оторых имеет относительный пропорциональный состав, представленный в таблице. Каждую из смесей подвергают размалыванию влажным способом, просушивают, а затем подвергают предварительному спеканию при 600800<>С в течение 2 ч. Предварительно спеченный материал или агломерат разрушают, перемалывают влажным способом и с добавлением органического биндера или связующего вещества,а затем просушивают. Из полученного порошка путем прессования формируют диски диаметром 100 мм и толщиной

5 мм под давлением 1000 кг/см", а затем подвергают обжигу при 12000С в течение 2 ч до получения мишеней.

Образец 5 подвергают обжигу при температуре 1300-1400оС.

У получаемых таким образом мишеней определяют сопротивление и отношение кажущейся плотности dS к теоретической плотности dt(dS/dt)x100 в процентах. Полученные результаты представлены в таблице.

На основе использования соответствующих полученных мишеней на стек15 лянных подложках изготавливают на упомянутом устройстве радиочастотного напыления пьезоэлектрические кристаллические пленки. Радиочастотное напыление проводят в следующих

gp условиях: смесь газа, состоящую на

90 об.Ъ из аргона и 10 об.Ъ иэ кислорода, подают в колоколообразный кожух 1 по вводу 8., при этом давление внутри кожуха установлено на уровне

-Ъ ,от 1 до 2х10 тор. Стеклянную подложку нагревают до 350<>С и выдерживают при этой температуре. Мощность, создаваемая на мишени 4, составляет

6 Вт/см . За счет электросилового источника, работающего на частоте

30 13,56 МГц, Ориентация С-оси получаемых таким образом пьезоэлектрических кристалОлических пленок определена с помощью замыкающей кривой методом дифракции

35 рентгеновских лучей.

Среднее значение (x) и среднее квадратичное отклонение (6) данного угла С-оси от оси получают в отношении поверхности подложки того или

40 иного образца. Результаты представлены в таблице. Значения сопротивлений кристаллических пленок представлены также в таблице.,Пленка из окиси цинка

850028

Как видно из таблицы, предлагаемые кристаллические пленки имеют Сясь приблизительно перпендикулярную к поверхности подложки и большое значение сопротивления. Предлагаемые пьезоэлектрические пленки, 5 имеют большой коэффициент электротехнической связи.

Применяемый диапазон частот.при использовании пьезоэлектрических кристаллических пленок окиси цинка может быть вычислен путем определения f из упомянутого уравнения. с

Значения f, полученные для образцов 3, 4, а также для образцов 6-8 лежат в пределах от 10 до 100.

Таким образом частота, на которой могут работать предлагаемые пьезоэлектрические кристаллические пленки, составляет не менее 1 Гц. Это означает, что пьезоэлектрические кристаллические пленки могут быть ис- 30 пользованы в широком диапазоне от низких до высоких частот и могут найти применение в низкочастотных генераторах колебаний, например в миниатюрных камертонах и электронных 25 узлах с преломлением волны, например волновода.

Образцы 1, 3, 5. и 7 сфотографированы с помощью сканирующего электронного микроскопа с 1000-кратным увеличением. На фиг. 2 представлен снимок, выполненный с помощью электронного микроскопа, образца 1; на фиг. 3 — образец 3, на фиг. 4 — образец 5, а на фиг. 5 — образец 7.

Обычные пьезоэлектрические кристаллические пленки обладают шероховатой поверхностью (фиг. 2 и 4), в то время, как предлагаемые пьезоэлектрические кристаллические пленки обладают гладкой поверхностью 40 (фиг. 3 и 5).

В приведенных примерах, хотя магний и медь применены в виде окислов, однако возможно их использование и в других формах, например в виде со- 45 единений или сплавов магния и меди, если наперед заданные количества магния и меди войдут в получаемую пьезокристаллическую пленку, выполненную на основе окиси цинка, Кон- 50 центрация магния и меди в оксидноцинковых пленках, выполненных напылением,составляют 0,01 — 20,0 ат.% соответственно. Если и концентрация магния и концентрация меди равны менее 0,01 ат.Ъ, то получаемая поверхность такой кристаллической пленки является шероховатой, а сопротивление становится небольшим. Если кон, центрация магния или меди выше

20,0 ат.В, то направление кристал- ф0 лографической ориентации пленок окиси цинка становится плохо управляемой, что приводит к изменению р с nnnну ухудшения ориентации пленок окиси цинка.

Установлено, что при использовании мишени, содержащей магний при наличии или отсутствии меди, могут быть получены следующие преимущества.

При массовом производстве пьезоэлектрических кристаллических пленок в промышленном масщтабе способом напыления с помощью радиочастоты, необходимо величивать скорость роста кристаллических пленок, В таком случае электроэнергия, подаваемая на мишень на единицу ее площади, должна быть большей и в отношении самой мишени существует требование повышения кажущегося или насыпного веса этой мишени. Это требование полностью выполнено у мишени, содержащей магний и включающей или не включающей медь.

Как видно из таблицы, предлагаемые мишени имеют насыпную или кажущуюся плотность выше, чем у обычно используемых мишеней, так что мишени, содержащие магний и включающие или не включающие медь, позволяют осуществлять массовое производство пьезоэлектрических кристаллических пленок с использованием высоких электромощностей.

Кроме того, следует у и-. вать, что температура обжига при получении мишеней обычным способом составляет

1300-1400оС, включение же магния делает более низкои =емпературу обжига магния, что облегчает производство мищеней и снижает при этом затраты.

Формула изобретения

1. Пьезоэлектрическая кристаллическая пленка, состоящая из кристаллической окиси цинка с С-осью, перпендикулярной поверхности пленки, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения пьезоэлектрического эффекта в широком диапазоне от низких до высоких частот с использованием высоких электромощностей, пьезоэлектрическая кристаллическая пленка содержит дополнительно марганец, при следующих соотношениях компонентов, ат.Ъ:

Магний О., 01-20, 00

Окись цинка Остальное

2. Пьезоэлектрическая кристаллическая пленка по п.1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что оиа сод<.ржит дополнительно О, 01-20, и ат. ".. меди.

Источники информации, принятые во внимание ири экспертизе

1. Заявка Японии 9 5И-23918, кл, 62 СО, 1975..

2. Заявка Японии 9 50-23917, кл. 62 СО,. 1975 (прототип).

850028

Фиг. 2 (i

Фиг. 4

Фиг 5 о„у

Составитель В. Вавер

Редактор С. Патрушева Техред A,Ñàâêà Корректор Л. Иван

Заказ 6164/83 . Тираж 784 Пол-..нсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобр тоний и открытий

113035, Москва, iK-3.5, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4